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泰咖秀丨Nature Neuroscience复旦大学脑院许晓鸿团队-神经信号的旅行地图:7000多条下丘脑神经通路首次揭秘

泰咖秀丨Nature Neuroscience复旦大学脑院许晓鸿团队-神经信号的旅行地图:7000多条下丘脑神经通路首次揭秘 泰儿图生物
2025-04-25
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导读:泰咖秀 | 神经信号的旅行地图:7000多条下丘脑神经通路首次揭秘——发表于《Nature Neuroscience》的重磅研究解读

导语

吃饭、打架、交配、逃跑……这些动物本能行为的“调度中心”,正是我们大脑深处的下丘脑。但这个关键区域的神经网络一直如“黑箱”般难以看清。


近日,复旦大学脑科学研究院许晓鸿课题组联合中科院神经所等团队,首次系统性绘制出7000多个下丘脑神经元的“投射地图”,并将其分成31种功能类型!这项研究以“Projectome-based characterization of hypothalamic peptidergic neurons in male mice(基于投射组学的雄性小鼠下丘脑肽能神经元特征解析)”为题发表于顶级期刊Nature Neuroscience,堪称神经网络图谱绘制的重要里程碑。

图1. 下丘脑投射神经元全脑投射图谱示意(来自原文 Figure 1c)

🧬一项前所未有的“全脑追踪”

研究团队使用fMOST高分辨率成像技术,在雄性小鼠大脑中逐根追踪表达16种神经肽的神经元。每一根神经元从胞体到轴突末端都被精确定位,总计重建了7180个单神经元的全脑“旅程”


结合计算神经形态学分析,作者发现这些神经元可分为两大类、31种投射类型,每种类型都有独特的投射路径、起源位置和分子标记


图2. 31种投射类型的投射长度热图(原文 Figure 1f 简化版)


🧭一个神经元,多路“出差”

令人惊讶的是,很多神经元的单一轴突可“一线多用”,在行进途中不断分叉,投射到多个不同脑区。比如:
· 有些Orexin神经元上行至大脑皮层,控制觉醒和注意力;
· 另一些Orexin神经元下行至脑干甚至脊髓,参与运动控制;
· 一部分Penk神经元精确投射到海马,或许与记忆调节有关。


这就像一个快递员,不是送一个地址,而是按路线分发多个站点的包裹——一根神经纤维同时调节多个功能区!


图3. 不同Orexin神经元类型的全脑投射路径对比图(原文 Figure 5e)


📐投射也有“地图对位”

不仅能“多投射”,这些神经元在结构上还展现出惊人的拓扑对应关系。比如:

· 有一类神经元从下丘脑投射至基底节,其在脑内的排布方向与投射到靶区的位置精确对应;
· 另一类从下丘脑投射至海马,其胞体从背到腹的分布,与其在海马中的前后投射轴呈线性关系。


这说明神经连接不仅是“连”,更是“有序地连”


图4. 不同神经元轴突在目标区域的拓扑排列(原文 Figure 4a-4d)


🧠下丘脑神经元的“身份谱系”初现端倪

研究还发现,每一种神经肽标记的神经元群体,并不等于一种功能。例如:
· 表达Orexin的神经元可细分为5类,每类具有不同投射路径(图3);
· 表达Pomc的神经元比Agrp神经元更易投射到中脑和脑干,暗示它们可能在进食控制外还有更广泛功能。

这提示我们:传统分子标记不足以划定神经元“职责”,结构投射方式是重要补充信息。

图5. Agrp与Pomc神经元的投射范围对比(原文 Figure 6b)


🧩PAG再划分:七大“子区”浮出水面

中脑PAG区被称为“情绪调节中枢”。该研究发现:
· 许多下丘脑神经元同时投射至多个PAG亚区,且这些投射展示高度协同性;
· 通过计算这些投射的重叠性,作者重新划分出7个PAG功能子区,打破传统的“柱状”结构认知。


这为未来理解恐惧、攻击、防御等复杂行为的中枢机制,提供了解剖学基础。


图6. PAG区域的新型结构划分示意图(原文 Figure 7b,c 简化)


💻数据公开,资源共享

这份超大规模数据现已向全球科研界开放,包括:

· 7180条神经元全脑三维重建文件;
· 神经元分型信息、起源位置、轴突路径、投射脑区;
· 可在线访问、可视化浏览与下载(甚至可以运行自定义分析)。


🔗资源网站:

https://mouse.digital-brain.cn/projectome/hy


🧰Python分析工具包:

pyswcloader - PyPI

https://pypi.org/project/pyswcloader/


写在最后

这项研究首次在单细胞尺度上,以结构投射为核心,对下丘脑神经元进行系统性分类。这不仅是一张神经连接的全新地图,也是探索复杂行为机制的关键起点。


“我们希望通过这些数据,揭示大脑如何用少数的神经元组合出复杂的行为程序。”——许晓鸿教授说。


如果您觉得这篇文章有趣,不妨点击 “分享”,让更多人看到这张精美的大脑“线路图”🧠


原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41593-025-01919-0



泰儿图助力病毒信息:

货号 产品名称
S0273-1 AAV2/1-CAG-FLEX-Flpo-WPRE-pA

 



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